铝合金浇铸机器人的结构优化研究

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1、目录参考文献........................................................................................................................65附录................................................................................................................................68攻

2、读硕士学位期间发表的论文及其它成果................................................................72哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明............................................73致谢...........................................................................................................

3、.................75-VI-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题来源、背景与研究意义1.1.1课题来源本课题来源于实验室与一国内知名汽、摩配件厂家的合作项目，由实验室为其设计一铝合金浇铸机器人系统，由于工作现场条件、末端执行器等决定了机器人的应具有较大的工作范围、较好的速度/加速度性能，从而对机器人的结构尺寸提出了新的要求，课题任务就是对该机器人进行结构优化研究。1.1.2课题研究背景与意义该工业机器人系统的主要功能是进行铝合金轮毂的浇铸作业，其工作环境恶劣，对机器人性能要求有别于通用

4、的工业机器人，但其本身和创造的市场价值高，对铝合金轮毂产业具有积极影响。（1）铝合金轮毂产业概述中国的汽车产业和骑行代步工具的稳步快速发展，带动了摩配、汽配产业链的兴起，车毂的制造生产成为了众多汽摩配件业中的投资热点；铝合金的优异特[1]性使其在汽车制造业中得到了广泛使用。铝合金轮毂将轻量化、节能性、安全性、[2]观赏性结为一体（图1-1），正引领着汽车轮毂的新变革。图1-1铝合金摩托车、汽车轮毂铝合金轮毂在国内和国际发展前景十分可观，目前国内汽车生产厂家约有50多家，而从事摩托车、电动车生产厂家更是上百家，每年汽车

5、铝合金轮毂的需求量都保持在25%的增长率；同时，据2010年资料，“……全球轮毂市场价值约80亿美元（其中：铝轮毂约45亿美元，钢制轮毂约35亿美元）……预计2020年世[3]界铝轮毂需求量达到3.21亿只，铝轮毂国际市场前景广阔。”铝合金轮毂制造在汽摩配行业中独树一帜，吸引众多企业参与其中。（2）机器人浇铸作业的巨大社会经济效益国内应用普遍的铝合金轮毂生产方式是低压铸造，直接进行铝液浇注，可以-1-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文[4]得到轮廓清晰的铸件，工艺简单，成品率高，投资少。传统浇铸过程中需要工人现场操作、流

6、动作业，而且现场环境恶劣，产品质量依赖于工人技术经验，传统的人工浇铸作业急需变革。而应用工业机器人进行浇铸，能够减少单件成本，提高产品性能和合格率；将工人从恶劣的生产环境中解放出来，创造更高的市场价[5]值。铝合金浇铸机器人还能够节省劳动成本、提高产品质量、降低社会成本等。对浇铸机器人进行开发或改进，既可以促进机器人在铸造行业的应用，也能促进机器人技术的发展；因此，无论是新型机器人的研制，还是对已有机器人性能的重新挖掘和结构优化，都具有积极意义。WF160铝合金浇铸机器人借鉴了IRB6650S型机器人的结构特征，但考

7、虑铝合金浇铸作业的特殊性，WF160机器人也具有了自己的一些特点：与市场所售的同类型的机器人相比，提出了2.8米的臂展要求，由此引起的臂杆变化对浇铸机器人性能产生的影响，是优化时不得不考虑的问题；同时，厂家对机器人关节最大允许转速、加速度、扭矩、能耗等也提出了要求，为了机器人能够在上述方面性能趋向最佳，有必要对机器人的结构进行优化。1.2国内外铝合金浇铸机器人简介1.2.1当今工业机器人发展现状浇铸机器人属于工业机器人的范畴，工业机器人作为一种典型的高技术生产作业工具，从被发明伊始，就极大地推动了人类社会的发展。工业

8、机器人的性能与价格也随机器人技术的进步，更加地适应大规模生产的要求，并且在越来越多的领域得到应用。作为人类最先进入的机器人领域，工业机器人技术日臻成熟，在各种构型的工业机器人当中，以关节坐标机器人为代表的串联机器人应用最广泛，其以灵活性、通用性迅速填补了厂家需求。而超过五成的工业机器人正在汽车制造行业中使用，当然，工业机器人正飞速地应用到工业生